JP2007139055A - 密封装置および密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 シール性を長期にわたり発揮し得る密封装置および密封構造を提供する。
【解決手段】 ハウジング３に設けられた環状溝３１の溝底面と軸４の周面に密着するリップ部１１、１２を高圧側の内外周に備え、リップ部１１、１２間にＵ字形状の溝１０が形成されたシール部材１に、軸４側に、低圧側に向かうにつれて軸４から離間するように傾斜した第１テーパ面１４と、環状溝３１の溝底側に、環状溝３１の溝底に形成された低圧側に向かうにつれて溝の深さを浅くするように傾斜したテーパ面３２に摺動可能に当接する第２テーパ面１３と、を設け、シール部材１と環状溝３１の低圧側側壁との間に装着されるバックアップリング２に、第１テーパ面１４と軸４との間に延出され、第１テーパ面１４が摺動可能に当接することができるテーパ面２１を設けられた延出部２０を設け、シール部材１の低圧側端面とバックアップリング２の高圧側端面との間に隙間を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば建設機械や運搬車両等のアクチュエータとして用いられる油圧シリンダ等に使用される密封装置および密封構造に関するものである。

油圧シリンダ等に使用される密封装置および密封構造としては、図３に示すような、Ｕ型パッキン１００が知られている。Ｕ型パッキン１００は、ハウジング２００の軸孔の内周面に設けられた環状溝２０１に装着されて、軸穴の内周面と軸３００の外周面との間の環状隙間を密封し、高圧側の油の漏れを防止している。

Ｕ型パッキン１００は、高圧側に外周リップ１０２と内周リップ１０３とを備えるとともに、高圧側端面の外周リップ１０２と内周リップ１０３との間にＵ字形状に凹んだＵ溝１０４が形成された環状のゴム製シール部材である。

外周リップ１０２は外周側に、内周リップ１０３は内周側に、それぞれ突出しており、外周リップ１０２は環状溝２０１の溝底に対して、内周リップ１０３は軸３００の外周面に対して、それぞれつぶし代を有している。

したがって、外周リップ１０２および内周リップ１０３には、環状溝２０１の溝底および軸３００の外周面から受ける力によって、それぞれ縮径力および拡径力が働き、環状溝２０１の溝底および軸３００の外周面にそれぞれ密着して環状隙間を密封している。

そのため、図３（ａ）中点線で囲ったＵ溝１０４の溝底部分には、同図中矢印で示すような圧縮応力が働くことになる。油圧シリンダ等で使用される高い油圧がＵ型パッキン１００に作用する場合でも、つぶし代によってＵ溝１０４の溝底部には常に圧縮応力が働くことになる。

なお、関連する技術としては、以下の文献に示すようなものがある。
実開昭６３−２２４６６号公報

しかしながら、長期の使用または高温での使用によってヘタリが生じたり、あるいは、使用される油の種類によって収縮等が生じた場合には、リップに設けられたつぶし代がなくなってしまう場合がある。

リップにつぶし代がなくなった状態でＵ溝１０４に油圧が作用すると、外周リップ１０２は外周方向に、内周リップ１０３は内周方向にそれぞれ変形して、Ｕ溝を拡大する。そうすると、Ｕ溝の溝底部分には図３（ｂ）中矢印で示すような引張応力が働くことになる。

また、油圧から開放されてリップが元の状態に戻る際には、拡大されたＵ溝が元の大きさに縮小するように弾性的に変形するため、Ｕ溝の溝底部分には圧縮応力が働くことになる。

したがって、つぶし代がなくなった状態で油圧の作動・非作動が繰り返されると、リップ部の変形が繰り返されてＵ溝１０４の溝底に引張・圧縮応力が繰り返し働くことになる
。

そうすると、Ｕ溝１０４の溝底部分に割れ等が発生してしまい、油圧を保持することができず、油漏れが生じてしまい、シール性が著しく低下することになる。

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シール性を長期にわたり発揮し得る密封装置および密封構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における密封装置は、軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、前記環状溝の溝底面および前記２部材のうちの他方の部材の周面に密着するリップ部を高圧側の内外周に備え、前記リップ部間にＵ字形状の溝が形成されたシール部材と、前記シール部材と前記環状溝の低圧側側壁との間に装着されるバックアップリングと、から構成される密封装置において、前記シール部材は、前記他方の部材側に、低圧側に向かうにつれて前記他方の部材から離間するように傾斜した第１テーパ面と、前記環状溝の溝底側に、前記環状溝の溝底に形成された低圧側に向かうにつれて溝の深さを浅くするように傾斜したテーパ面に摺動可能に当接する第２テーパ面と、を備え、前記バックアップリングは、前記第１テーパ面と前記他方の部材との間に延出され、前記第１テーパ面が摺動可能に当接することができるテーパ面を設けられた延出部を備え、前記シール部材の低圧側端面と前記バックアップリングの高圧側端面との間に隙間が設けられていることを特徴とする。

係る構成によれば、シール部材の低圧側端面とバックアップリングの高圧側端面の間には隙間が設けられているので、高圧側から油圧が作用すると、第１テーパ面がバックアップリング延出部のテーパ面を、第２テーパ面が環状溝溝底のテーパ面を、それぞれ摺動することによって、シール部材が低圧側へ押し込められる。

したがって、シール部材にヘタリや収縮等が生じてつぶし代がなくなった場合には、高圧側から作用する油圧によって、シール部材が、バックアップリング延出部のテーパ面および環状溝溝底のテーパ面によって狭められた低圧側の空間に押し込められることになり、リップ部にはつぶし代が形成されることになる。

そうすると、リップ部は環状溝の溝底面および他方の部材の周面から押圧された状態にあるので、高い油圧が作用してもリップ部がＵ溝の溝底部分に引張応力が発生するようなリップ部の変形が抑制される。

その結果、Ｕ溝の溝底部分は圧縮応力が働いた状態となり、Ｕ溝の溝底部分に引張・圧縮応力の繰り返しによる割れ等が発生するのが抑制される。

さらに、上記目的を達成するために本発明における密封構造は、軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸との間の環状隙間を密封する密封構造であって、前記軸孔または前記軸のいずれか一方の周面に設けられる環状溝と、前記環状溝に装着され、前記環状溝の溝底面および前記軸孔または前記軸のいずれか他方の周面に密着するリップ部を高圧側の内外周に備え、前記リップ部間にＵ字形状の溝が形成されたシール部材と、前記シール部材と前記環状溝の低圧側側壁との間に装着されるバックアップリングと、から構成される密封構造において、前記環状溝は、低圧側に向かうにつれて溝の深さを浅くするように傾斜したテーパ面が溝底に形成されており、前記シール部材は、前記他方の部材側に、低圧側に向かうにつれて前記他方の部材から離間するように傾斜した第１テーパ面と、
前記環状溝の溝底側に、前記環状溝の前記テーパ面に摺動可能に当接する第２テーパ面と、を備え、前記バックアップリングは、前記第１テーパ面と前記他方の部材との間に延出され、前記第１テーパ面が摺動可能に当接することができるテーパ面を設けられた延出部を備え、前記シール部材の低圧側端面と前記バックアップリングの高圧側端面との間に隙間が設けられていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明により、密封装置および密封構造のシール性を長期にわたって発揮させることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１および図２を参照して、実施例に係る密封装置および密封構造について説明する。図１は、本実施例に係る密封構造の概略構成図であり、（ａ）は本実施例に係る密封装置の概略構成図であり、（ｂ）は、本実施例に係る密封装置が装着される環状溝の概略構成図である。図２は、本実施例に係る密封装置の装着状態を示す概略構成図であり、（ａ）は初期の装着状態を示し、（ｂ）はＵ型パッキンにヘタリ等が生じた場合の装着状態を示す。

図１（ａ）に示すように、本実施例に係る密封装置は、Ｕ型パッキン１とバックアップリング２から構成され、図１（ｂ）に示すハウジング３の軸孔内周面に形成された環状溝３１とともに本実施例に係る密封構造を構成する。

Ｕ型パッキン１とバックアップリング２は、環状溝３１に装着されて、ハウジング３の軸孔内周面と軸４の外周面の間の環状隙間５を密封する。

Ｕ型パッキン１は、高圧側にＵ溝１０を備えるゴム製の環状シール部材であり、その材料としては、例えば、二トリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム等が使用条件等により適宜選択される。

バックアップリング２は、樹脂材からなる環状部材であり、その材料としては、例えば、低摩擦で耐摩耗性の良好な四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）等が適宜選択される。

Ｕ型パッキン１は、高圧側の内外周面にハウジング３の環状溝３１の溝底面に密着する外周リップ１１と軸４の外周面に密着する内周リップ１２が設けられている。また、高圧側の端面には、外周リップ１１と内周リップ１２の間にＵ字形状の環状の溝１０が形成されている。

外周リップ１１および内周リップ１２は、環状溝３１の溝底面および軸４の外周面に対してそれぞれつぶし代を有しており、それぞれ、環状溝３１の溝底面および軸４の外周面から押圧された状態にある。

また、Ｕ溝１０は、高圧側からの油圧を受けることにより、外周リップ１１には拡径力、内周リップ１２に縮径力がそれぞれ発生させ、リップの密着性を高めている。

但し、リップは、油圧の作動時であってもつぶし代によって押圧された状態にあるので、Ｕ溝の溝底部分には圧縮応力が働いている。

さらに、外周リップ１１から低圧側端面にかけての外周面は、低圧側に向かうにつれて外径が小さくなるように傾斜しており（外周テーパ面１３）、また、内周リップ１２から低圧側端面にかけての内周面は、低圧側に向かうにつれて内径が大きくなるように傾斜している（内周テーパ面１４）。

すなわち、Ｕ型パッキン１は、低圧側に向かうにつれて徐々に内径が拡径し外径が縮径して軸断面が小さくなっていく形状を有している。

バックアップリング２は、高圧側端面の内周側に、高圧側方向に円筒状に突出する延出部２０が設けられている。

延出部２０は、Ｕ型パッキン１の内周テーパ面１４と軸４の外周面の間に延出されており、外周面が高圧側に向かうにつれて延出部２０の外径が小さくなるように傾斜した（テーパ面２１）先細形状を有している。

また、延出部２０の内周面は軸４の外周面に接触し、外周のテーパ面２１はＵ型パッキン１の内周テーパ面１４に接触する。

Ｕ型パッキン１の内周テーパ面１４の傾斜角度と延出部２０のテーパ面２１の傾斜角度は、同一の傾斜角度に設定されており、Ｕ型パッキン１とバックアップリング２の装着状態においては、内周テーパ面１４とテーパ面２１は互いに摺動可能に当接する。

また、Ｕ型パッキン１とバックアップリング２の形状および寸法は、Ｕ型パッキン１とバックアップリング２の装着状態において、Ｕ型パッキン１の低圧側端面とバックアップリング２の高圧側端面の間に隙間が形成されるように設定されている。

ハウジング３の軸孔内周面に設けられた環状溝３１は、図１（ｂ）に示すように、溝底の一部に低圧側に向かうにつれて溝の深さを浅くするように傾斜したテーパ面３２が形成されている。

テーパ面３２は、Ｕ型パッキン１の外周テーパ面１３と同一の傾斜角度に設定されており、Ｕ型パッキン１の装着状態においては、図２に示すように、テーパ面３２とテーパ面１３が互いに摺動可能に当接する。

Ｕ型パッキン１が装着される空間は、図２に示すように、バックアップリング２の延出部２０のテーパ面２１と環状溝３１の溝底のテーパ面３２により、低圧側に向かうにつれて徐々に狭くなるように形成されている。

したがって、Ｕ型パッキン１の低圧側端面とバックアップリング２の高圧側端面との間には隙間が設けられているので、高圧側から油圧が作用すると、Ｕ型パッキン１は各テーパ面の摺動によって低圧側の狭い空間に押し込められることになる。

Ｕ型パッキンが長期の使用または高温での使用によってヘタリを生じたり、あるいは、使用される油の種類によって収縮等を生じた場合には、リップに設けたつぶし代が減少したり、なくなってしまう場合がある。

このような場合には、図２（ｂ）に示すように、高圧側から作用する油圧によってＵ型パッキン１は低圧側へ移動し、低圧側に形成されたより狭い空間に押し込められることにより、リップにつぶし代が発生する。

すなわち、ヘタリや収縮等が生じてもリップ部にはつぶし代が形成されることになり、リップによるシール性が長期的に維持されることになる。

また、外周リップ１１および内周リップ１２は、環状溝３１の溝底面および軸４の外周面から押圧された状態となるため、Ｕ溝１０の溝底部分には圧縮応力が働くことになる。

したがって、高圧側に高い油圧が作用しても、Ｕ溝１０の溝底部分に引張応力が発生するようなリップの変形が抑制されるので、Ｕ溝１０の溝底部分の割れ等の原因となる引張・圧縮の繰返し応力の発生が抑制され、Ｕ型パッキン１の長寿命化を図ることができる。

なお、本実施例においては、密封装置をハウジング３側に装着する場合についてのみ説明したが、軸４側に装着することも無論可能である。

したがって、例えば、油圧シリンダの場合は、ピストン外周面に環状溝を設けて密封装置を装着し、延出部２０をバックアップリング２の外周側に設けて、Ｕ型パッキン１の外周リップ１１とバックアップリング２の延出部２０とが、シリンダ内周面に摺接する構成とすることができる。

また、本実施例に係る密封装置および密封構造における各テーパ面の傾斜角度やＵ型パッキン１の低圧側端面とバックアップリング２の高圧側端面との間の隙間の広さ等は、採用される機器の仕様等に合わせて適宜設定されるものである。

本実施例に係る密封装置および密封構造の概略構成図である。 本実施例に係る密封装置の装着状態を示す概略構成図である。 従来技術に係る密封装置および密封構造の概略構成図である。

符号の説明

１ Ｕ型パッキン
１０ Ｕ溝
１１ 外周リップ
１２ 内周リップ
１３ 外周テーパ面
１４ 内周テーパ面
２ バックアップリング
２０ 延出部
２１ テーパ面
３ ハウジング
３１ 環状溝
３２ テーパ面
４ 軸
５ 環状隙間

Claims (2)

1. 軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   前記環状溝の溝底面および前記２部材のうちの他方の部材の周面に密着するリップ部を高圧側の内外周に備え、前記リップ部間にＵ字形状の溝が形成されたシール部材と、
   前記シール部材と前記環状溝の低圧側側壁との間に装着されるバックアップリングと、から構成される密封装置において、
   前記シール部材は、
   前記他方の部材側に、低圧側に向かうにつれて前記他方の部材から離間するように傾斜した第１テーパ面と、
   前記環状溝の溝底側に、前記環状溝の溝底に形成された低圧側に向かうにつれて溝の深さを浅くするように傾斜したテーパ面に摺動可能に当接する第２テーパ面と、を備え、
   前記バックアップリングは、前記第１テーパ面と前記他方の部材との間に延出され、前記第１テーパ面が摺動可能に当接することができるテーパ面を設けられた延出部を備え、
   前記シール部材の低圧側端面と前記バックアップリングの高圧側端面との間に隙間が設けられている
   ことを特徴とする密封装置。
2. 軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸との間の環状隙間を密封する密封構造であって、
   前記軸孔または前記軸のいずれか一方の周面に設けられる環状溝と、
   前記環状溝に装着され、前記環状溝の溝底面および前記軸孔または前記軸のいずれか他方の周面に密着するリップ部を高圧側の内外周に備え、前記リップ部間にＵ字形状の溝が形成されたシール部材と、
   前記シール部材と前記環状溝の低圧側側壁との間に装着されるバックアップリングと、から構成される密封構造において、
   前記環状溝は、低圧側に向かうにつれて溝の深さを浅くするように傾斜したテーパ面が溝底に形成されており、
   前記シール部材は、
   前記他方の部材側に、低圧側に向かうにつれて前記他方の部材から離間するように傾斜した第１テーパ面と、
   前記環状溝の溝底側に、前記環状溝の前記テーパ面に摺動可能に当接する第２テーパ面と、を備え、
   前記バックアップリングは、前記第１テーパ面と前記他方の部材との間に延出され、前記第１テーパ面が摺動可能に当接することができるテーパ面を設けられた延出部を備え、
   前記シール部材の低圧側端面と前記バックアップリングの高圧側端面との間に隙間が設けられている
   ことを特徴とする密封構造。

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